關(guān)于煙囪內(nèi)筒防腐的分析

吉林省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院 吉林長(zhǎng)春 130022

摘要：隨著我國(guó)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的提高和大眾環(huán)境意識(shí)的增強(qiáng)，從2002年開(kāi)始，國(guó)內(nèi)新建火力發(fā)電廠都要求進(jìn)行煙氣脫硫處理，煙氣腐蝕程度也因此大幅提高，原來(lái)傳統(tǒng)的煙囪防腐已經(jīng)不能滿足煙氣脫硫后的運(yùn)行工況。煙囪是火力發(fā)電廠建設(shè)的重要組成部分，對(duì)煙囪內(nèi)筒防腐系統(tǒng)的選擇是否合適，不僅影響工程造價(jià)和建設(shè)工期，而且對(duì)于火電廠的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要的影響。本文通過(guò)對(duì)火力發(fā)電廠常見(jiàn)煙囪內(nèi)筒防腐系統(tǒng)的較詳細(xì)介紹，并結(jié)合工程實(shí)例進(jìn)行了綜合的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較分析，確定出技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的煙囪內(nèi)筒采用鈦鋼復(fù)合板防腐系統(tǒng)的方案。

關(guān)鍵詞：脫硫煙囪；內(nèi)筒防腐；分析

1、煙囪內(nèi)筒防腐介紹

我國(guó)火力發(fā)電廠在早期未對(duì)煙氣進(jìn)行脫硫，排放的煙氣腐蝕性相對(duì)較低，隨著國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的提高和大眾環(huán)境意識(shí)的增強(qiáng)，從2002年開(kāi)始，國(guó)內(nèi)新建火力發(fā)電廠都要求進(jìn)行煙氣脫硫處理，煙氣腐蝕程度也因此大幅提高，原來(lái)傳統(tǒng)的煙囪防腐形式已經(jīng)不能滿足煙氣脫硫后的運(yùn)行工況。

1.1濕法脫硫煙氣的特點(diǎn)

我國(guó)火力發(fā)電以燃煤為主，燃燒過(guò)程中排出粉塵、二氧化硫、氮氧化物等大氣污染物。燃煤煙氣中的二氧化硫是形成酸雨的主要成分，目前國(guó)內(nèi)外燃煤火電廠中煙氣脫硫是控制二氧化硫排放的主要措施，而其中石灰石-石膏濕法脫硫是當(dāng)今應(yīng)用最多和最成熟的工藝。

采用濕法脫硫工藝，可使煙氣中的SO2的含量大大減少（脫除效率≥90%），但對(duì)造成煙氣腐蝕主要成分的SO3脫除效率并不高，僅在20%左右。因此煙氣脫硫后，雖然能使大氣環(huán)境得到改善，但對(duì)煙囪的腐蝕隱患并未完全消除，而且對(duì)煙囪的抗腐蝕性能提出了更高要求。

脫硫后的煙氣環(huán)境變得低溫高濕，使煙氣溫度低于酸露點(diǎn)溫度，煙氣含水量增大，煙氣上升中在煙囪內(nèi)壁會(huì)出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象；煙氣密度增加，自拔力減少，煙囪內(nèi)的煙氣壓力升高而形成正壓，加劇煙氣外滲；脫硫后的煙氣中單位體積的稀硫酸含量相應(yīng)增加。

在不設(shè)置GGH煙氣加熱系統(tǒng)時(shí)，脫硫后的煙氣溫度一般在40℃～50℃之間，濕度大且處于飽和狀態(tài)，煙氣易于冷凝結(jié)露并在潮濕環(huán)境下產(chǎn)生腐蝕性的液體，使得煙囪內(nèi)壁長(zhǎng)期處于浸泡狀態(tài)。設(shè)置GGH煙氣加熱系統(tǒng)可升高脫硫處理后排放的煙氣溫度（約80℃及以上），以減緩煙氣冷凝結(jié)露產(chǎn)生的腐蝕性液體（弱酸）。設(shè)置GGH后，脫硫區(qū)占地面積增加，連接煙道加長(zhǎng)，系統(tǒng)阻力增加，設(shè)備投資增大，除GGH本體外還需配置許多輔助設(shè)施，相應(yīng)增加了系統(tǒng)電耗，設(shè)備維護(hù)工作量增大，且GGH（回轉(zhuǎn)式）在運(yùn)行中積灰、結(jié)垢嚴(yán)重，影響了整個(gè)脫硫裝置的正常運(yùn)行，故2006年后建造的脫硫裝置幾乎取消了GGH系統(tǒng)。

綜上所述，煙氣脫硫后對(duì)煙囪的腐蝕隱患并未真正消除：煙氣濕度大，含有腐蝕性介質(zhì)的煙氣在壓力和濕度梯度的雙重作用下，煙囪內(nèi)側(cè)結(jié)構(gòu)致密度差的材料內(nèi)部很容易遭到腐蝕，影響結(jié)構(gòu)耐久性；低濃度酸液比高濃度酸液的腐蝕性更強(qiáng)，酸液溫度在40℃～80℃時(shí)，對(duì)結(jié)構(gòu)材料的腐蝕性特別強(qiáng)。因此，排放濕法脫硫煙氣的煙囪比排放未經(jīng)濕法脫硫的普通煙氣的煙囪對(duì)防腐蝕設(shè)計(jì)的要求高很多，濕法脫硫煙氣屬于強(qiáng)腐蝕性煙氣，煙囪內(nèi)壁的防腐措施應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)。

1.2煙囪腐蝕的機(jī)理

腐蝕是材料與其所處環(huán)境間的物理化學(xué)作用而導(dǎo)致材料功能受到損傷的現(xiàn)象。在一個(gè)腐蝕系統(tǒng)中，對(duì)材料行為起決定作用的是化學(xué)成分、結(jié)構(gòu)和表面狀態(tài)。在腐蝕過(guò)程中，如伴有機(jī)械應(yīng)力的作用，則將加速腐蝕從而出現(xiàn)一系列特殊的腐蝕現(xiàn)象。

一是化學(xué)腐蝕。煙氣中對(duì)鋼結(jié)構(gòu)有腐蝕作用的成分主要是SO2、SO3、HF、HCL、CO2、水汽等，濕法脫硫后煙氣中含有足夠的水分，煙囪內(nèi)壁產(chǎn)生的酸性液體會(huì)與金屬材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成可溶性鐵鹽，對(duì)煙囪產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕作用。

二是電化學(xué)腐蝕。煙氣中殘余的水及電解質(zhì)在煙囪內(nèi)表面形成原電池，存在著陽(yáng)極反應(yīng)和陰極反應(yīng)，并伴有電流產(chǎn)生，使金屬逐漸腐蝕，特別是在焊縫處更容易發(fā)生。

三是結(jié)晶腐蝕。用石灰石漿液吸收SO2后生成可溶性硫酸鹽或亞硫酸鹽。脫硫系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，煙氣中夾帶的大量未經(jīng)除塵或未被除凈的脫硫產(chǎn)物隨著高速流動(dòng)的煙氣進(jìn)入吸收塔出口煙道與煙囪連接處，在慣性作用下，這些顆粒會(huì)附著于煙囪與煙道連接處的對(duì)面，部分液體滲透到防腐表面的毛細(xì)孔內(nèi)。當(dāng)系統(tǒng)停止運(yùn)行時(shí)，這些液體在自然干燥下生成結(jié)晶鹽，同時(shí)體積膨脹，破壞防腐材料，使其蛻皮、疏松、破裂損壞。

四是磨損腐蝕。煙氣中固體顆粒與煙囪表面發(fā)生湍動(dòng)摩擦，煙囪不斷被磨損，加速腐蝕過(guò)程，使得煙囪筒壁逐漸變薄。

1.3目前國(guó)內(nèi)脫硫煙囪防腐情況

根據(jù)行業(yè)相關(guān)研討會(huì)議對(duì)近5年來(lái)脫硫煙囪防腐情況所進(jìn)行的調(diào)查，我國(guó)脫硫煙囪防腐工程實(shí)際使用情況為：

一是采用鈦板或鈦鋼復(fù)合板的套筒式煙囪的運(yùn)行情況良好，但在施工時(shí)應(yīng)嚴(yán)格檢查焊接點(diǎn)，避免漏焊造成焊接處發(fā)生腐蝕。

二是在鋼內(nèi)筒內(nèi)采用粘貼進(jìn)口賓高德煙囪防腐內(nèi)襯系統(tǒng)的煙囪運(yùn)行情況良好，但各粘接塊材防腐方案均應(yīng)保證粘接劑飽滿，應(yīng)對(duì)粘貼量大、高空作業(yè)等方面的措施要確保到位。

三是采用泡沫?；u或耐酸膠泥砌筑耐酸磚的套筒式煙囪，在設(shè)置GGH的工況下運(yùn)行情況良好。

四是采用整體澆筑料的煙囪在調(diào)查時(shí)未發(fā)現(xiàn)裂縫、沖刷及酸液滲漏現(xiàn)象，運(yùn)行情況良好，但仍然有待進(jìn)一步觀察。

五是在鋼內(nèi)筒內(nèi)噴（刷）涂玻璃鱗片、聚脲、OM涂料、薩維真而導(dǎo)致煙囪防腐受到損壞的情況較多；采用RHF煙囪專用防腐涂料的煙囪運(yùn)行情況基本良好。

1.4內(nèi)筒防腐系統(tǒng)選擇分析

選擇適合運(yùn)行工況的防腐系統(tǒng)，對(duì)電廠的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行至關(guān)重要。目前采用的煙囪內(nèi)筒防腐系統(tǒng)主要有以下幾種：

一是涂料類防腐系統(tǒng)。根據(jù)調(diào)查，在鋼內(nèi)筒內(nèi)噴（刷）涂玻璃鱗片、聚脲、OM涂料、薩維真而導(dǎo)致煙囪防腐受到損壞的情況較多；采用RHF煙囪專用防腐涂料的煙囪運(yùn)行情況基本良好，它是以特種合成樹(shù)脂和功能性材料為主要原料，添加功能性防腐蝕顏料和助劑等配制而成的高性能防腐涂料，已經(jīng)通過(guò)國(guó)家涂料檢測(cè)中心的檢測(cè)，在耐酸、耐熱、耐溫變等方面能夠滿足煙囪內(nèi)壁對(duì)脫硫煙氣的防腐蝕要求（無(wú)論是否加設(shè)GGH）和非正常工況條件下對(duì)煙囪內(nèi)壁的耐熱、防腐等性能要求，在耐磨性、粘結(jié)性和施工性等方面也具有較優(yōu)異的特點(diǎn)。

二是整體澆筑料防腐系統(tǒng)。根據(jù)調(diào)查，未發(fā)現(xiàn)裂縫、沖刷及酸液滲漏現(xiàn)象，運(yùn)行情況良好，但仍然有待進(jìn)一步觀察。它是用耐酸輕集料、耐酸粉料、粘結(jié)劑、固化劑及外加劑，按照適當(dāng)比例和工藝混合、用澆筑方法施工而成的煙囪內(nèi)襯材料，具有耐高溫、耐酸性介質(zhì)化學(xué)腐蝕、防水、輕質(zhì)、隔熱、高強(qiáng)、抗震等性能，但現(xiàn)階段在材料配比、施工質(zhì)量控制、無(wú)機(jī)整體內(nèi)襯長(zhǎng)期運(yùn)行是否會(huì)出現(xiàn)裂縫等方面還存在很多不確定性。目前在單筒煙囪（設(shè)置GGH）中應(yīng)用較多，并兼做內(nèi)襯及隔熱層，但在套筒煙囪（不設(shè)置GGH）中并未廣泛應(yīng)用。

三是內(nèi)貼襯磚類防腐系統(tǒng)。目前應(yīng)用于脫硫煙囪防腐的輕質(zhì)泡沫磚材料主要有進(jìn)口的賓高德泡沫玻璃磚、國(guó)產(chǎn)泡沫玻璃磚、泡沫?；沾纱u。賓高德泡沫玻璃磚內(nèi)襯系統(tǒng)是多層材料的組合，防腐能力較強(qiáng)，發(fā)泡玻璃磚通過(guò)賓高德膠粘材料粘在鋼排煙筒內(nèi)側(cè)基底，具有耐酸腐蝕、絕熱、耐高溫、低熱膨脹系數(shù)等優(yōu)點(diǎn)，由于其導(dǎo)熱性低，使煙囪內(nèi)襯和保溫層結(jié)構(gòu)合二為一，內(nèi)筒外側(cè)可不設(shè)置保溫層，該內(nèi)襯的防腐效果比較理想，但造價(jià)偏高；國(guó)產(chǎn)泡沫玻璃磚內(nèi)襯是賓高德泡沫玻璃磚內(nèi)襯的國(guó)內(nèi)替代產(chǎn)品，生產(chǎn)廠家比較多，產(chǎn)品性能不盡相同，所使用的粘結(jié)劑也不同；泡沫?；沾纱u是引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)防腐材料的技術(shù)特性，根據(jù)濕法脫硫煙囪排放煙氣特點(diǎn)，研制出的一種新型防腐材料，經(jīng)檢測(cè)，耐酸耐熱性、強(qiáng)度、防水抗?jié)B等主要技術(shù)性能不低于賓高德泡沫玻璃磚的性能，但還需要在生產(chǎn)工藝上解決降溫速度控制不夠穩(wěn)定的問(wèn)題，采用該內(nèi)襯也不需設(shè)置外側(cè)保溫層，經(jīng)濟(jì)性比較好，國(guó)內(nèi)已有較多電廠在濕法脫硫煙囪中采用之，從運(yùn)行情況看，有些效果良好，有些出現(xiàn)問(wèn)題，采用此方案時(shí)需要從設(shè)計(jì)、施工、材料采購(gòu)等各環(huán)節(jié)嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)。

四是金屬板類防腐系統(tǒng)。根據(jù)調(diào)查，采用鈦板或鈦鋼復(fù)合板的套筒式煙囪的運(yùn)行情況良好。鈦板由于其特定的化學(xué)性能，有著非常好的防腐效果，脫硫后的強(qiáng)腐蝕性煙氣對(duì)鈦板的腐蝕性很小，鈦板是國(guó)際工業(yè)煙囪協(xié)會(huì)推薦的FGD系統(tǒng)不設(shè)GGH情況下煙囪防腐內(nèi)襯之一；鈦鋼復(fù)合板是一種較合適的組合材料，也是國(guó)際煙囪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)推薦的防腐處理方案，它是以低碳鋼Q235B為基材、以鈦板為復(fù)層的兩層金屬?gòu)?fù)合板，真正做到了結(jié)構(gòu)（鋼）、防腐（鈦）能夠發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，這種成熟的組合材料有專門(mén)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

五是玻璃鋼（FRP）內(nèi)筒防腐系統(tǒng)。玻璃鋼（FRP）是由高強(qiáng)度的玻璃纖維增強(qiáng)纖維和不飽和聚酯、環(huán)氧樹(shù)脂或酚醛樹(shù)脂基體復(fù)合而成的兼具結(jié)構(gòu)性和功能性的新型復(fù)合材料。FRP材料中玻璃纖維提供FRP的強(qiáng)度和剛性，樹(shù)脂提供FRP的耐化學(xué)性和韌性。玻璃鋼（FRP）材料具有輕質(zhì)高強(qiáng)、耐腐蝕性能好、熱性能好、可設(shè)計(jì)性好、工藝性優(yōu)良等特性。玻璃鋼（FRP）煙囪應(yīng)用的主要問(wèn)題是材料老化、材料耐溫和材料防火。

六是APC雜化聚合材料防腐系統(tǒng)。APC雜化聚合結(jié)構(gòu)層使用的是有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化聚合材料，是一種高交聯(lián)密度的三維空間立體結(jié)構(gòu)防腐材料，具有良好的耐溫性（-40℃～260℃）、高腐蝕性、高耐磨性、非常好的柔韌性，其結(jié)構(gòu)層采用納米封孔技術(shù)，抗?jié)B性能優(yōu)異，且具有很好的阻燃性能。目前采用此種防腐系統(tǒng)的工程運(yùn)行效果較好。

2、工程實(shí)例及技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

2.1工程實(shí)例煙囪運(yùn)行工況

某火力發(fā)電廠新建工程采用石灰石—石膏濕法煙氣脫硫工藝，未設(shè)置旁路煙道，進(jìn)入煙囪的煙氣均為脫硫之后的煙氣，不設(shè)GGH裝置，正常運(yùn)行時(shí)煙氣溫度約為50℃，事故工況下煙氣溫度約為180℃，煙囪內(nèi)壁會(huì)產(chǎn)生較嚴(yán)重的結(jié)露。根據(jù)工藝及環(huán)保要求，兩臺(tái)爐合用一座高度210米、出口內(nèi)直徑7.5米的單個(gè)排煙筒煙囪。

2.2技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

各方案主要工程量估算及經(jīng)濟(jì)比較

工程量及造價(jià)

防腐系統(tǒng)耐硫酸露點(diǎn)鋼/Q235B普通鋼內(nèi)筒防腐系統(tǒng)保溫隔熱系統(tǒng)

（玻璃棉氈）內(nèi)筒

總造價(jià)

t萬(wàn)元/t㎡元/㎡m3元/m3萬(wàn)元

RHF防腐涂料3501.54700700280550870

整體澆筑料----1900m35500元/m3----1040

賓高德泡沫玻璃磚3501.547001850----1390

國(guó)產(chǎn)泡沫玻璃磚（含硼量大于12%）3501.547001300----1140

泡沫?；沾纱u3501.547001100----1040

鈦板----350t11萬(wàn)元/t2805503870

鈦鋼復(fù)合板----350t3.5萬(wàn)元/t2805501240

玻璃鋼FRP內(nèi)筒----47002500----1180

APC雜化聚合材料3501.5470012002805501100

注：除采用鈦板或鈦鋼復(fù)合板外，內(nèi)筒總造價(jià)均暫按采用耐硫酸露點(diǎn)鋼計(jì)算，若采用Q235B普通鋼造價(jià)降低300萬(wàn)元。

3、結(jié)論

綜上所述，考慮到本工程煙囪的運(yùn)行工況，上述各種防腐系統(tǒng)均可作為備選方案?？紤]到施工的不確定因素，采用整體式防腐系統(tǒng)可消除形成煙氣腐蝕的薄弱環(huán)節(jié)，有效地提高防腐性能。在整體性能方面，RHF防腐涂料、整體澆筑料、玻璃鋼（FRP）內(nèi)筒、APC雜化聚合材料防腐系統(tǒng)最優(yōu)，金屬板類防腐系統(tǒng)次之，內(nèi)貼襯磚類防腐系統(tǒng)最差。涂料類防腐系統(tǒng)受施工因素影響最大，質(zhì)量不易保證；套筒式整體澆筑料煙囪應(yīng)用較少，玻璃鋼（FRP）內(nèi)筒在國(guó)內(nèi)應(yīng)用較少且運(yùn)行時(shí)間較短；APC雜化聚合材料科技含量高，技術(shù)先進(jìn)，性能指標(biāo)高，運(yùn)行效果較好；金屬板類中，鈦鋼復(fù)合板造價(jià)適中，運(yùn)行情況良好，是較合適并且成熟的組合材料，能夠真正做到發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，并有專門(mén)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，而鈦板造價(jià)過(guò)高。

因此，針對(duì)本工程煙囪的運(yùn)行特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比較，該煙囪鋼內(nèi)筒采用鈦鋼復(fù)合板防腐系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]煙囪設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50051-2013）北京 中國(guó)計(jì)劃出版社 2013